מסתורי התפקוד של המוח האנושי תמיד הטרידו את המדענים. תמיד היו ניסיונות לחקות את המוח האנושי. פרויקט המוח האנושי הוא ניסיון כזה. באיזה שלב נמצאים המדענים? האם יש הצלחות?
המוח האנושי הוא המחשב הביולוגי המסתורי ביותר שאנו מכירים. למעשה, אנחנו לא יודעים מספיק על זה, למרות המאמצים של מדענים ללמוד על זה בדרכים מתוחכמות יותר ויותר במשך מאות שנים. רק הטכנולוגיות העדכניות ביותר יכולות לתת לנו ידע אמיתי עליו יכולנו רק לנחש קודם. זה לא משנה את העובדה שאנחנו עדיין רחוקים ממודעות מלאה. באיזה שלב נמצאים המדענים המודרניים?
מעניין גם: מהן רשתות עצביות וכיצד הן פועלות?
המונח "בינה מלאכותית"
בשנות ה-1950, כשהמונח "בינה מלאכותית" הופיע לראשונה במדע וחוקרי בינה מלאכותית הוכיחו בהצלחה שאפשר ללמד מכונה לעשות דברים שלא הייתם יכולים לעשות בעצמכם, הם התלהבו מזה. האפשרות הפשוטה שמכונה יכולה ללמוד, להוכיח משפטים מתמטיים בעצמה (הדבר נעשה, למשל, בתוכנית Logic Theorist שפותחה ב-1955 על ידי אלן ניואל והרברט סיימון), או לשחק דמקה ולהכות אדם (תוכנית מאת ארתור סמואל, מהנדס IBM, לימים פרופסור באוניברסיטת סטנפורד), הוביל את העולם המדעי להאמין שסימולציה מלאה של המוח האנושי נמצאת במרחק של שנים ספורות בלבד.
עשרות שנים חלפו, ולמרות צמיחה עצומה בכוח המחשוב, פיתוח רשתות עצביות מלאכותיות ואלגוריתמי AI עם למידת מכונה עמוקה, אנחנו עדיין רחוקים מלדמות אפילו שברי מוח. במילים פשוטות, חלוצי הבינה המלאכותית של המחצית השנייה של המאה ה-20 לא העריכו במידה רבה את היכולות של "מסה דמוית ג'לי" זו בצבים שלנו, שהיא 90% מים.
מעניין גם: ChatGPT: הוראות פשוטות לשימוש
המוח מורכב
בלידה, מוח האדם שוקל כ-300 גרם. מוח בוגר מפותח שוקל כ-1,5 ק"ג. 1,5 ק"ג זה מכיל את כל היקום שלנו ואת כל היכולות המנטליות שיש לנו. לא רק מודעים, כמו חשיבה מופשטת, יצירתיות, אלא גם כאלה שאיננו מודעים אליהם: תנועתיות של תנועות, שליטה במחזור הדם, נשימה ועוד הרבה הרבה יותר.
זוהי הצהרה פופולרית בקרב מדענים כי המוח האנושי מורכב מכ-100 מיליארד נוירונים. איננו יודעים את מספרם המדויק, והוא עשוי להיות שונה בכל פרט מהמין האנושי. אבל בואו נניח שזה נכון, והמספר הזה לא כל כך קטן. 100 מיליארד זה הרבה, אבל מחשבי-על מודרניים יכולים לדמות עצמים גדולים אף יותר. עם זאת, הבעיה היא שנוירון הוא משהו הרבה יותר מורכב מאשר, למשל, טקסל בגרפיקה תלת מימדית, פיקסל בתמונה, או כל אובייקט אחר שניתן לתאר רק עם פיסת קוד קטנה.
נוירונים במוח שלנו מחוברים זה לזה. אלה אינם קשרים פיזיים, כי אז הדחפים החשמליים שנוצרו בנוירונים בודדים יתפשטו במהירות בכל הגוף, מה שהופך את זה למעשה לבלתי אפשרי לתפקד. העברת המידע במוח שלנו מבוססת הן על חשמל (אימפולסים) והן על כימיה (נוירוטרנסמיטורים). כל נוירון (בואו נזכיר את הדימוי הפופולרי כיום של נוירון כ"עץ" עם דנדריטים אופייניים) יכול להיות מחובר לאחרים בעזרת עד עשרת אלפים קשרים סינפטיים.
מסכים, 10000 חיבורים מתא עצב אחד הם רמת מורכבות גבוהה בהרבה משערים לוגיים בטרנזיסטורים. אם ננסה לספור את מספר כל הקשרים האפשריים בין נוירונים למצבים שהם יכולים לקבל בכל רגע נתון (רק אחד), נקבל מספר עצום העולה בהרבה על מספר האטומים המשוער בכל היקום הנצפה. באמצעות גישה זו, מדענים רבים המתמחים בנוירוביולוגיה וגם בעלי רקע במדעי המחשב מאמינים כי גם עם רמת הידע הנוכחית והתפתחותו הצפויה, הדמיה מלאה של איבר כה מורכב היא משימה שתעלה על היכולות שלנו עבור זמן רב. אבל זה לא אומר שמדענים לא עושים כלום ולא השיגו כלום. בואו נסתכל על כמה פרויקטים שמטרתם לדמות, אם לא את כל המוח האנושי, אז לפחות חלק ממנו.
קרא גם: 7 השימושים המגניבים ביותר של ChatGPT
40 דקות ושנייה אחת
בשנת 2013, מדענים יפנים מהמכון הטכנולוגי של אוקינאווה וחוקרים גרמנים מה-Forschungszentrum Jülich חברו כוחות והשתמשו באחד ממחשבי העל החזקים ביותר על הפלנטה שלנו באותה תקופה (נקרא K Computer, מנהיג רשימת Top500 ב-2011) עם כוח מחשוב של 8,16 PFLOPS (או 8,16 קוודריליון פעולות נקודה צפה בשנייה) כדי לנסות לדמות רק חלק מהמוח. באופן כללי, הסימולציה כללה מיפוי העבודה של 1,73 מיליארד נוירונים, שיצרו יחד רשת של 10,4 טריליון קשרים סינפטיים. זה קצת יותר מאחוז אחד מהפוטנציאל של ה"ג'לי" הביולוגי התקוע בגולגולת שלך. ההדמיה השתמשה במלוא העוצמה של 1 מעבדי Sparc82944 VIIIfx (למערכת אחת יש תדר שעון של 64 GHz ו-2 ליבות). האם הגישה הזו עבדה?
לפי מדענים, כן, אבל מצד שני... זה תלוי איך מסתכלים על זה. כ-40 דקות של פעולה של מחשב העל הזה נמשכו עבור הדמיה של שנייה אחת בלבד של פעולה של הפרגמנט המוזכר של הרשת העצבית של המוח. לכן, למרות שהעובדה שהסימולציה בוצעה בכלל יכולה להיקרא הצלחה, כי ההשפעות, זמן החישוב ונפח הסימולציה מראים עם איזו בעיה ענקית אנו מתמודדים כאן. וצריך לזכור שעם עלייה במספר הנוירונים, המורכבות של הרשת הסינפטית עולה לא באופן ליניארי, אלא אקספוננציאלי! אם אפילו מחשב העל האמריקני המהיר ביותר כרגע, Frontier, הפועל במעבדה הלאומית של Oak Ridge ובעל כוח מחשוב של עד 1 PFLOPS, כלומר פי 1102 יותר ממחשב K היפני המוזכר, היה בשימוש לאותה משימה, זה לא היה אומר ש-Frontier יכול לדמות (עם אותם פרמטרים של מודל) רשת עצבית גדולה פי 135. אותה הדמיה של שנייה אמיתית אחת של רשת של 135 מיליארד נוירונים תימשך במחשב-על אמריקאי לא 1,73 דקות, אלא פחות מ-40 שניות. אבל זה עדיין הרבה יותר מהדמיית רשת בזמן אמת, והוא רק חלק קטן ממה שיש לנו בראש. הדמיית פעולת הנפש כולה עדיין שייכת לתחום המדע הבדיוני. אבל מדענים עדיין מנסים.
קרא גם: על מחשבים קוונטיים במילים פשוטות
פרויקט המוח האנושי האירופי
ניתן להשוות את פרויקט המוח האנושי (HBP) מבחינת היקפו והכספים שהוקצו לפרויקט מדעי זה לפרויקט אחר הקשור לאדם - הפרויקט המפורסם "גן אנושי", שנמשך בין השנים 1990 ל-2003. כדי להבין את הגנום האנושי במלואו, פרויקט המוח האנושי נועד לעזור למדענים להבין טוב יותר את המוח שלנו. עם זאת, פרויקט המוח האנושי, שנמשך מאז 2013 והיה אמור להסתיים במקור לאחר עשור של מחקר (כלומר ב-2023), אפילו לא מתקרב להדמיית המוח כולו. אז אילו יעדים מתכננים מדענים להשיג עם המחקר הזה?
המטרה העיקרית של HBP היא לא לדמות את כל המוח, שכן אני מקווה שכבר הראינו שהמשימה הזו היא מעבר ליכולות של הציוויליזציה שלנו כיום. המטרה היא לשלוט לפחות חלקית במורכבות המוח. זה יעזור בפיתוח של מדעים כמו רפואה, מדעי המחשב, נוירולוגיה, כמו גם בפיתוח טכנולוגיות שעבודותיהן שואבות השראה מהאופן שבו מוחנו פועל.
אחת התוצאות של פרויקט HBP היא יצירת פלטפורמה דיגיטלית לחקר המוח, EBRAINS. EBRAINS היא פלטפורמת קוד פתוח המאפשרת לחוקרים מכל העולם להשתמש בכלים דיגיטליים הזמינים בסביבת ענן מאובטחת. במילים אחרות, EBRAINS מספקת למדענים את הכלים למודל ולנתח את התפקוד של אזורים בודדים במוח.
כלי אחד כזה הוא תוכנית הדמיית המוח הוירטואלית שנוצרה על ידי HBP ו-EBRAINS. הכלי הזה לגמרי לא מסוגל לדמות את העבודה של המוח כולו, אבל הוא מאפשר, למשל, לחוקרים של תרופות חדשות לדמות את השפעותיהן על קבוצות של נוירונים. זה, בתורו, יאפשר למדענים לפתח טיפולים חדשים שימושיים למחלות מורכבות כמו מחלת אלצהיימר, דיכאון, מחלת פרקינסון ועוד.
מעניין גם:
- אז, לדבר או לא לדבר? מאסק מכחיש שדיבר עם פוטין. אבל יש "אבל"
- ארטילריה מודרנית היא נשק העל של אוקראינה. ולמה אילון מאסק כאן?
יוזמת המוח האמריקאית
פרויקט גדול וחדש עוד יותר שיזמו מוסדות מחקר אמריקאים הוא יוזמת BRAIN Initiative. זהו עוד פרויקט מחקר רב-שנתי בהיקף של מיליארדי דולרים שמטרתו למפות את הקשר האנושי. מה זה חיבור? זוהי קבוצה של קשרי עצבים של האורגניזם הזה. בדיוק כפי שהגנום הוא מפה שלמה של השרשרת הגנטית, והפרוטאום הוא מפה שלמה של החלבונים של אורגניזם נתון. אנחנו כבר מכירים את הגנום האנושי, הגילוי שלו עלה מיליארדי דולרים. כיום, בדיקות הגנום זמינות רבות, ולדוגמא, בדיקות גנטיות לקיומו של פגם עולות כמה מאות דולרים. גנום שלם מעט יותר יקר, אבל עדיין פחות בסדרי גודל מהעלות של ה-DNA האנושי הראשון שנקרא.
בואו נחזור לקונטום ולפרויקט BRAIN האמריקאי. מה מטרת הפרויקט הזה? ג'וש גורדון, מנהל המכון הלאומי לבריאות הנפש בארה"ב בבת'סדה, מרילנד, אמר: "הכרת כל סוגי תאי המוח, כיצד הם מתחברים זה לזה וכיצד הם מקיימים אינטראקציה יפתחו סט חדש לגמרי של טיפולים שהיום אנו לא יכול אפילו לדמיין." נכון לעכשיו, הקטלוג הגדול בעולם של סוגי תאי עצב נוצר ומפותח באופן שיטתי. קטלוג זה, הנקרא BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN), מתאר כמה סוגים שונים של תאים נמצאים במוח, באילו פרופורציות הם מתרחשים, כיצד הם מתפזרים במרחב, ואילו אינטראקציות מתרחשות ביניהם.
מאיפה הגישה הזו? מהצורך להבין איך המוח עובד. היתרונות של גישה זו מוסברים בהצהרה לטבע מאת מדען המוח כריסטוף קוך, המדען הראשי של תוכנית MindScope, המיושמת על ידי מכון אלן למדעי המוח בסיאטל: "כמו ששום דבר בכימיה לא הגיוני בלי הטבלה המחזורית של אלמנטים, שום דבר לא יהיה הגיוני בהבנת המוח מבלי להבין את קיומם ותפקודם של סוגי תאים בודדים".
אם היינו משיגים באופן היפותטי את הפוטנציאל הטכנולוגי להצליח לסרוק תא אחר תא ולדוגמה, ליצור מחדש את המוח האנושי, גישה כזו הייתה אומרת שגם אם נצליח (וזה לא ריאלי כיום), עדיין לא היינו מבינים מדוע המוח עובד כפי שהוא באמת קורה. וזה לא משנה אם אנחנו מדברים על המוח כאיבר ביולוגי חי או על מקבילו הדיגיטלי, המשובט באופן היפותטי. מוח וספרייה BICCN מהוות נקודות מוצא להבנת המבנה והתפקוד של כל מעגל עצבי, ולכן להבנת ההתנהגות המורכבת השולטת בכל המינים עם איבר מורכב כמו המוח.
המחקר נמשך, ומדענים מציגים ללא הרף את ההישגים החדשים שלהם באתר שנוצר במיוחד. לכן, אני בטוח שבקרוב מחכות לנו תגליות מעניינות עוד יותר.
מעניין גם:
בקרוב אפשר יהיה להסיר לכולם את המוח שלא לצורך...